【红对勾】2012高考物理 分子动理论 内能课件

近年高考命题热点多集中在分子动理论 分子大小与个数估算 内能及其改变方面 题型多为选择题 填空题 新考纲中新增了 固体的微观结构 晶体和非晶体 液晶的微观结构 理想气体 液体的表面张力 要在理解基本概念和规律上下功夫 要重视能量转化和守恒定律方面的问题 本章是热学的基础 知识结构分为四部分 第一部分是分子动理论 介绍了分子数 大小的估算 分子热运动和分子力 第二部分是介绍物体的内能 从分子动能和分子势能的角度 阐述物体内能的决定因素 介绍了热力学第一定律 热力学第二定律 把热传递和功结合进去 是广义的能量转化和守恒定律 使本章练习题具有综合性 第三部分是固体的微观结构 晶体和非晶体 液体的表面张力 液晶的结构 第四部分是理想气体 介绍了气体分子运动的特点及气体的微观意义 由于本章知识的微观性 故许多观点需要静下心来想象 有的要善于建立模型 善于类比 要从现象入手 多理解基本概念 逐渐深入理解其中基本论点 课时1分子动理论内能 知识点一物质是由大量分子组成的 知识回顾 1 分子是具有各种物质的性质的最小粒子 或是 如金属 或是 如盐类 或是 如有机物 2 用油膜法测得分子直径 有机物质的大分子除外 的数量级为m 说明分子的体积极其微小 3 一般分子质量的数量级为kg 原子 化学 离子 分子 10 10 10 27 10 26 4 分子间有间隙 5 阿伏加德罗常数 1mol的任何物质都含有相同的粒子数 这个数的测量值NA mol 1 6 02 1023 要点深化 1 如何理解固 液 气三态分子的体积在固体和液体分子大小的估算中 每个分子的体积也就是每个分子所占据的空间 虽然采用正方体模型和球形模型计算出分子直径的数量级是相同的 但考虑到误差因素 采用球形模型更准确一些 针对气体分子来说 因为气体没有一定的体积和形状 分子间的平均距离比较大 气体分子占据的空间并非气体分子的实际体积 2 阿伏加德罗常数的应用阿伏加德罗常数是联系宏观世界和微观世界的桥梁 在此所指的微观物理量为 分子的体积v 分子的直径d 分子的质量m 宏观物理量为 物质的体积V 摩尔体积Vmol 物质的质量M 摩尔质量Mmol 物质的密度 在利用阿伏加德罗常数进行估算时 一是要正确选用公式 二是要注意建立恰当的物理模型 基础自测 在国际单位制中 金属铜的密度为 它的摩尔质量为M 阿伏加德罗常数为NA 则下列结论正确的是 A 1kg铜所含铜原子的数目是 NAB 1m3的铜所含铜原子的数目是 NA MC 1个铜原子占有的体积是M NAD 1个铜原子的质量是 NA 解析 1kg铜的摩尔数为1 M 因而原子数为NA 故A选项错误 1m3铜的摩尔数为1 M 故1m3中所含铜原子数为 NA M 故B选项正确 1mol铜的体积为M 则1个铜原子占有体积为M NA 因此C选项正确 1个铜原子的质量应为M NA 故D选项错误 答案 BC 知识点二分子做永不停息的无规则运动 知识回顾 1 扩散现象 相互接触的物质彼此进入对方的现象 温度越高 扩散 2 布朗运动 在显微镜下看到的悬浮在液体中的的永不停息的无规则运动 它是而产生的 颗粒越小 运动越 温度越高 运动越 布朗运动液体分子的运动 是分子热运动的反映 越快 固体颗粒 大量的液体分子对固体颗粒的撞击 明显 激烈 不是 要点深化 如何理解布朗运动 1 布朗运动是指悬浮小颗粒的运动 布朗运动不是一个单一的分子的运动 单个分子是看不见的 悬浮小颗粒是千万个分子组成的粒子 形成布朗运动的原因是悬浮小颗粒受到周围液体 气体分子紊乱的碰撞和来自各个方向碰撞效果的不平衡 因此 布朗运动不是分子运动 但它间接证明了周围液体 气体分子在永不停息地做无规则运动 2 布朗运动在相同温度下 悬浮颗粒越小 它的线度越小 表面积亦小 在某一瞬间跟它相撞的分子数越少 颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡 另外 颗粒线度小 它的体积和质量比表面积减小得更快 因而冲击力引起的加速度更大 因此悬浮颗粒越小 布朗运动就越显著 3 相同的颗粒悬浮在同种液体中 液体温度升高 分子运动的平均速率大 对悬浮颗粒的撞击作用也越大 颗粒受到来自各个方向的撞击力越不平衡 由撞击力引起的加速度越大 所以温度越高 布朗运动就越显著 由此可见影响布朗运动是否剧烈的因素是温度高低及颗粒的大小 基础自测 下列关于布朗运动的说法中正确的是 A 布朗运动就是分子的无规则运动B 布朗运动是液体分子无规则运动的反映C 悬浮颗粒越小 布朗运动就越明显D 温度越高 布朗运动就越明显 解析 理解布朗运动包括 用光学显微镜看不见水分子 而悬浮颗粒是由大量分子组成的 在光学显微镜下能观察到的布朗运动 是悬浮颗粒的无规则运动 水分子的无规则运动 从各个方向对颗粒的不均等撞击 使悬浮颗粒做无规则运动 所以 悬浮颗粒永不停息的无规则运动反映了水分子永不停息的无规则运动 温度越高 悬浮颗粒越小 布朗运动就越明显 所以分子的无规则运动又称热运动 答案 BCD 知识点三分子间存在着相互作用力 知识回顾 1 分子间同时存在相互作用的和 合力叫分子力 2 特点 分子间的引力和斥力都随分子间的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但斥力比引力变化更 引力 斥力 距离 快 要点深化 1 分子间作用力与分子间距的关系分子间的引力和斥力都随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但总是斥力变化得较快 如图1所示 虚线分别表示引力F引 斥力F斥随距离r的变化关系 实线表示分子力F随距离r的变化关系 图1 当r r0时 F引 F斥 F 0 当rr0时 F引和F斥都随距离的增大而减小 但F引 F斥 F表现为引力 当r 10r0时 F引和F斥都已经十分微弱 可以认为分子间没有相互作用力 F 0 2 分子力本质上是电磁力分子是由原子组成的 原子内部有带正电的原子核和带负电的电子 分子间的作用力就是由这些带电粒子的相互作用引起的 基础自测 如图2所示 纵坐标表示两个分子间引力 斥力的大小 横坐标表示两个分子间的距离 图中两条曲线分别表示两分子间引力 斥力的大小随分子间距离的变化关系 e为两曲线的交点 则下列说法正确的是 图2 A ab为斥力曲线 cd为引力曲线 e点横坐标的数量级为10 10mB ab为引力曲线 cd为斥力曲线 e点横坐标的数量级为10 10mC 若两个分子间距离大于e点的横坐标 则分子间作用力表现为斥力D 若两个分子距离越来越大 则分子势能亦越来越大 解析 此图线是分子间作用力与分子间距离的关系图线 分子间作用力包括分子间引力与分子间斥力 其中分子间斥力随距离变化比较快 所以图象中F随r变化快的是斥力曲线 变化慢的是引力曲线 交点处表示引力与斥力相等的位置 答案 B 知识点四温度与温标 知识回顾 1 温度两种意义 宏观上表示物体的 微观上标志物体内分子热运动的 它是物体分子的标志 冷热程度 剧烈程度 平均动能 2 两种温标摄氏温标t 单位 在1个标准大气压下 水的冰点作为 沸点作为 热力学温标T 单位K 把作为0K 绝对零度 0K 是的极限 只能接近不能达到 0 100 273 15 低温 要点深化 1 平衡态与状态参量 1 系统 把所研究的对象称为系统 2 物理学中描述物体状态的常用参量为压强 体积 温度 通常用体积描述其几何性质 用压强描述其力学性质 用温度描述其热学性质 3 平衡态 对于一个不受外界影响的系统 无论其初始状态如何 经过足够长的时间后 必将达到一个宏观性质不再随时间变化的状态 这种状态叫平衡态 2 温度与温标 1 热平衡定律 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡 那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡 2 处于热平衡的系统之间有 共同特性 即温度相同 3 为了定量描述温度 需引入温标 常见温标有摄氏温标和热力学温标 4 热力学温标单位为开 热力学温度与摄氏温度的换算关系为T t 273 15K 基础自测 关于热力学温度与摄氏温度 下列说法中正确的是 A 33 240KB 温度变化1 也就是温度变化1KC 摄氏温度与热力学温度都可能取负值D 温度由t 升高到2t 对应的热力学温度由TK升高到2TK 解析 热力学温度与摄氏温度两者之间的关系为 T t 273 T t 由此可见A B正确 摄氏温度能取负值 热力学温度总是大于零的 选项C错误 当摄氏温度从t 升高到2t 时 热力学温度从273 t变化至273 2t D错误 答案 AB 知识点五物体的内能 知识回顾 1 分子的平均动能 物体内分子动能的平均值叫分子平均动能 是分子平均动能的标志 温度越高 分子平均动能 温度 越大 2 分子势能 由分子间的相互作用和决定的能量叫分子势能 分子势能的大小与物体的体积有关 1 当分子间的距离r r0时 分子势能随分子间的距离增大而增大 2 当r r0时 分子势能随分子间的距离减小而增大 3 r r0时 分子势能最小 3 物体的内能 物体内所有分子的的总和叫物体的内能 相对位置 动能和势能 2 温度是物体分子平均动能大小的标志 3 温度是一个 统计 概念 它的对象是组成物体的分子整体 对单个分子说温度高低是没有意义的 故说此分子的温度升高是不科学的 4 分子平均动能与物体的机械运动状态无关 物体速度大 分子平均动能不一定大 2 分子势能的理解图3分子势能与分子之间的距离 宏观表现为物体的体积 有关 分子势能的大小随距离的变化如图3所示 由图可知 1 当分子力为零时 即r r0时 分子势能不是为零 而是最小 2 当r r0 分子力表现为引力时 随着分子间的距离增大 分子需要不断克服分子力做功 分子势能增大 3 r r0 分子力表现为斥力 随着分子间距离减小 分子需要不断克服分子力做功 分子势能增大 4 分子势能的数值和其他势能一样 也具有相对意义 由图可知 选无穷远处为零分子势能时 分子势能可以大于零 可以小于零 也可以等于零 如果选r r0处为零势能点 则分子势能只能大于等于零 但是无论选哪个位置为零分子势能点 r r0处分子势能都最低 物体体积改变 物体的分子势能必定发生改变 大多数物质是体积越大 分子势能越大 也有少数反常物质 如冰 铸铁等 体积大 分子势能反而小 3 内能的决定因素物体的内能与物体的温度 体积 物态和分子数有关 一般说来物体的内能决定因素可从两个方面判定 微观决定因素和宏观决定因素 1 微观决定因素 分子的势能 分子的平均动能 分子的个数 2 宏观决定因素 物体的体积 物体的温度 物体所含物质的多少 即物质的量 基础自测 对于分子动理论和物体内能的理解 下列说法正确的是 A 温度高的物体内能不一定大 但分子平均动能一定大B 一定质量的理想气体在等温变化时 内能不改变 因而与外界不发生热交换C 布朗运动是液体分子的运动 它说明分子永不停息地做无规则运动D 扩散现象说明分子间存在斥力 解析 从宏观上决定物体内能的是物体的摩尔数 温度和体积三个因素 温度是分子平均动能的标志 温度低的物体 分子平均动能小 选项A正确 理想气体在等温变化时 内能不改变 但并不是不与外界进行热交换 而是吸收或放出的热量与对外做功或外界对气体做的功恰好相等 B不正确 布朗运动不是液体分子的运动 而是悬浮在液体中的颗粒的运动 所以C错误 扩散现象说明分子在不停地做无规则的运动 不能说明分子间存在作用力 所以D错误 答案 A 题型一微观量的估算 例1 铜的摩尔质量6 35 10 2kg mol 密度为8 9 103kg m3 求 1 铜原子的质量和体积 2 1m3铜所含的原子数 3 估算铜原子的直径 答案 1 1 05 10 25kg1 19 10 29m3 2 8 4 1028个 3 2 8 10 10m 变式1 1已知汞的摩尔质量为M 200 5 10 3kg mol 密度为 13 6 103kg m3 阿伏加德罗常数NA 6 0 1023 mol 求 1 一个汞原子的质量 用相应的字母表示即可 2 一个汞原子的体积 结果保留一位有效数字 3 体积为1cm3的汞中汞原子的个数 结果保留一位有效数字 题型二分子力的应用 例2 如图4所示 甲分子固定在坐标原点O 乙分子位于x轴上 甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示 F 0为斥力 F 0为引力 a b c d为x轴上四个特定的位置 现把乙分子从a处由静止释放 则 图4 A 乙分子由a到b做加速运动 由b到c做减速运动B 乙分子由a到c做加速运动 到达c时速度最大C 乙分子由a到b的过程中 两分子间的分子势能一直减少D 乙分子由b到d的过程中 两分子间的分子势能一直增加 解析 从图中知 乙分子在c时 甲 乙分子间的分子力为零 乙分子从a到c的过程中 甲 乙分子间为引力 分子力大小在变化 但力和运动方向相同 因此一直做正功 分子力做正功 分子势能减小 乙分子从a到b的过程中 分子力是做正功 分子势能减小 选C 且乙分子从a到c的过程中 分子力都是做正功 分子势能也一直减小 乙分子的动能逐渐增大 从图4知乙分子从b到c的过程受引力 从c到d的过程受斥力 即乙分子从b到c的过程受引力做正功 从c到d的过程受斥力做负功 分子势能先减小后增大 不选D 答案 BC 题后反思与分子力特点有关的习题主要有三类 一是判断对分子力特点的描述是否正确 二是利用分子力特点研究分子力做功 分子的加速度 三是与实际相关联的问题 要正确分析这些问题 必须准确把握分子力的特点 熟知分子间斥力 引力及合力随分子间距离的变化规律 变式2 1如图5所示 甲分子固定在坐标原点O 乙分子位于x轴上 甲分子对乙分子的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示 F 0为斥力 F 0为引力 A B C D为x轴上四个特定的位置 现把乙分子从A处由静止释放 选项中四个图分别表示乙分子的速度 加速度 势能 动能与两分子间距离的关系 其中大致正确的是 图5 解析 乙分子的运动方向始终不变 A错误 加速度与力的大小成正比 方向与力相同 故B正确 乙分子从A处由静止释放 分子势能不可能增大到正值 故C错误 分子动能不可能为负值 故D错误 答案 B 题型三对内能的理解 例3 一颗炮弹在空中以某一速度v飞行 有人说 由于炮弹中所有分子都具有这一速度 所以分子具有动能 又由于分子都处于高处 所以分子又具有势能 因此分子的上述动能和势能的总和就是炮弹的内能 试分析这种说法是否正确 解析 物体的内能和机械能是两个不同的概念 物体的内能是指物体内所有分子无规则热运动的动能和分子势能的总和 而机械能是指物体运动的动能和势能的总和 不正确 物体的内能是指物体内分子无规则热运动的动能和分子间由于相互作用而具有的分子势能的和 它和整个物体宏观有序运动的动能mv2及物体的重力势能mgh的和 即机械能是完全不同的两个概念 是两种形式的能量 物体具有内能的同时 还可具有机械能 物体的机械能可以是零 但物体的内能永不为零 机械能和内能在一定条件下可相互转化 如沿粗糙水平面运动的木块 由于不断克服摩擦力做功 机械能在减少 但木块的内能却在增加 因摩擦生热 它的温度升高了 答案 不正确 题后反思解有关 内能 的题目 应把握以下几点 1 温度是分子平均动能的标志 而不是分子平均速率的标志 它与单个分子的动能及物体的动能无任何关系 2 内能是一种与分子热运动及分子间相互作用相关的能量形式 与物体宏观有序的运动状态无关 它取决于物质的量 温度 体积及物态 变式3 1关于物体内能 下列说法中正确的是 A 相同质量的两个物体 升高相同的温度内能增量一定相同B 在一定条件下 一定量0 的水结成0 的冰 内能一定减小C 一定量的气体体积增大 但既不吸热也不放热 内能一定减小D 一定量的气体吸收热量而保持体积不变 内能一定减小 解析 升高相同的温度 分子的平均动能增量相同 而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和 分子的平均动能增量相同 分子数不同 分子的势能也不一定相同 所以内能增量一定相等是不正确的 即A错 0 的水变成0 的冰 需放出热量 因温度不变 所以分子的动能不变 分子的势能就必须减少 因而内能就一定减少 即B正确 一定质量的气体体积增大 气体对外做功 又因不吸热不放热 所以内能一定减少 即C正确 对一定量气体吸热但体积不变 即不对外做功 外界也不对气体做功 内能一定增加 即D错 答案 BC 1 2010 全国卷 图6为两分子系统的势能Ep与两分子间距离r的关系曲线 下列说法正确的是 图6 A 当r大于r1时 分子间的作用力表现为引力B 当r小于r1时 分子间的作用力表现为斥力C 当r等于r2时 分子间的作用力为零D 在r由r1变到r2的过程中 分子间的作用力做负功解析 分子间距离为r0 即分子力为零 时分子势能最低 由题图可知r2 r0 所以r r2时表现为斥力 选项A错误 B正确 当r r2时分子间作用力为零 选项C正确 在r由r1变到r2的过程中 分子力 表现为斥力 做正功 选项D错误 答案 BC 2 2010 四川高考 下列现象中不能说明分子间存在分子力的是 A 两铅块能